RU2797154C1

RU2797154C1 - Device for creating inhomogeneous temperature field and measuring polarization currents and temperature in it

Info

Publication number: RU2797154C1
Application number: RU2022124006A
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Матвеев; Евгений Владиславович Поздняков
Filing date: 2022-09-09
Publication date: 2023-05-31

Abstract

FIELD: thermopolarization of polymers and biopolymers.

SUBSTANCE: invention is related to devices for creating an inhomogeneous temperature field, measuring polarization and depolarization currents, as well as temperature in it, and can be used in environmental and process control systems. The device for creating an inhomogeneous temperature field and measuring the polarization currents and temperature in it contains a massive lower and upper measuring electrodes and a heat insulator located at the ends of the cavity between the massive lower and upper measuring electrodes, made with the possibility of placing the test sample in it. The massive lower and upper measuring electrodes contain sensors for converting the current temperature value into voltage in the form of chromel-copel thermocouples connected to sensors that record voltage in the form of V7-21 millivoltmeters, while the upper measuring electrode is also connected to an electrometric voltmeter EM-1, which measures the polarization and depolarization currents, the signal from which is transmitted through the user interface to a professional computer, and the massive lower electrode is also made with the possibility of accumulating the amount of heat received from the thermostat.

EFFECT: providing the possibility to simultaneously create an inhomogeneous temperature field and measure polarization currents and temperature in it.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области термополяризации полимеров и биополимеров, в частности к устройствам для создания неоднородного температурного поля, измерения токов поляризации и деполяризации, а также температуры в нем, и может быть использовано в системах контроля окружающей среды и технологических процессов.The invention relates to the field of thermopolarization of polymers and biopolymers, in particular to devices for creating a non-uniform temperature field, measuring polarization and depolarization currents, as well as temperature in it, and can be used in environmental and process control systems.

В физике длинных молекул (полимеров) одним из методов исследования поляризационных свойств является метод токов стимулированной деполяризации. Суть этого метода заключается в том, что, действуя внешним электрическим полем на полимеры при высоких температурах, добиваются максимальной ориентации кинетических фрагментов цепи, и это состояние «замораживают». Вслед за последующим нагреванием измеряются токи деполяризации.In the physics of long molecules (polymers), one of the methods for studying polarization properties is the method of stimulated depolarization currents. The essence of this method lies in the fact that, by acting on polymers at high temperatures, the maximum orientation of the kinetic fragments of the chain is achieved, and this state is “frozen”. Following subsequent heating, the depolarization currents are measured.

При изучении фазовых переходов I рода необходимо измерять как токи поляризации (при кристаллизации из расплава), так и токи деполяризации (при плавлении). Данная проблема может быть решена при условии, если ориентирующее действие на дипольные моменты цепи макромолекулы полимера будет осуществлять внутреннее электрическое поле термического происхождения. Это может происходить только в неоднородном температурном поле.When studying first-order phase transitions, it is necessary to measure both polarization currents (during crystallization from a melt) and depolarization currents (during melting). This problem can be solved if the orienting effect on the dipole moments of the polymer macromolecule chain is carried out by an internal electric field of thermal origin. This can only occur in an inhomogeneous temperature field.

Известно устройство для измерения среднего значения параметра, в частности температуры, неоднородной среды (Пат. РФ № 2107900; МПК G01K 3/02; опубл. 27.03.1998), содержащее датчики преобразования текущего значения температуры в напряжение, датчики, регистрирующие напряжение. Устройство также содержит группу компараторов, группу формирователей, группу элементов памяти, две группы элементов И, группу элементов задержки, два генератора, задатчик времени начала очередного цикла измерения, два элемента И, элемент ИЛИ, элемент памяти, счетчик, цифроаналоговый преобразователь, группу усилителей считывания, блок контроля, вычислительный блок и индикатор. Принято за прототип.A device is known for measuring the average value of a parameter, in particular temperature, of an inhomogeneous medium (Pat. RF No. 2107900; IPC G01K 3/02; publ. 03/27/1998), containing sensors for converting the current temperature value into voltage, sensors that record voltage. The device also contains a group of comparators, a group of shapers, a group of memory elements, two groups of AND elements, a group of delay elements, two generators, a timer for the start of the next measurement cycle, two AND elements, an OR element, a memory element, a counter, a digital-to-analog converter, a group of readout amplifiers , control unit, calculation unit and indicator. Taken as a prototype.

Недостатками известного устройства являются сложность конструкции и то, что оно не позволяет создавать неоднородное температурное поле, лишь измеряя температуру в нем.The disadvantages of the known device are the complexity of the design and the fact that it does not allow you to create a non-uniform temperature field, only by measuring the temperature in it.

Цель, на достижение которой направлено изобретение, заключается в разработке устройства, позволяющего одновременно создавать неоднородное температурное поле и измерять токи поляризации и температуру в нем.The purpose to which the invention is directed is to develop a device that allows you to simultaneously create a non-uniform temperature field and measure the polarization currents and temperature in it.

Это достигается тем, что устройство для создания неоднородного температурного поля и измерения токов поляризации и температуры в нем, содержащее датчики преобразования текущего значения температуры в напряжение, датчики, регистрирующие напряжение, согласно изобретению, дополнительно содержит массивный нижний и верхний измерительный электроды и теплоизолятор, расположенный на торцах полости между массивным нижним и верхним измерительным электродами, выполненной с возможностью размещения в ней исследуемого образца, причем массивный нижний и верхний измерительный электроды содержат датчики преобразования текущего значения температуры в напряжение в виде хромель-копель термопар, связанные с датчиками, регистрирующими напряжение, в виде милливольтметров В7-21, при этом верхний измерительный электрод также связан с электрометрическим вольтметром ЭМ-1, который измеряет токи поляризации и деполяризации, сигнал с которого через пользовательский интерфейс передается на ПК, а массивный нижний электрод также выполнен с возможностью аккумулирования полученного количества теплоты.This is achieved by the fact that the device for creating a non-uniform temperature field and measuring polarization currents and temperature in it, containing sensors for converting the current temperature value into voltage, sensors that record voltage, according to the invention, additionally contains a massive lower and upper measuring electrodes and a heat insulator located on at the ends of the cavity between the massive lower and upper measuring electrodes, made with the possibility of placing the test sample in it, and the massive lower and upper measuring electrodes contain sensors for converting the current temperature value into voltage in the form of chromel-copel thermocouples connected to sensors that record voltage, in the form millivoltmeters V7-21, while the upper measuring electrode is also connected to the electrometric voltmeter EM-1, which measures the currents of polarization and depolarization, the signal from which is transmitted via the user interface to the PC, and the massive lower electrode is also made with the possibility of accumulating the received amount of heat.

На фиг. 1 представлена схема устройства для создания неоднородного температурного поля и измерения токов поляризации и температуры в нем.In FIG. 1 shows a diagram of a device for creating an inhomogeneous temperature field and measuring polarization currents and temperature in it.

Устройство для создания неоднородного температурного поля и измерения токов поляризации и температуры в нем содержит массивный нижний 1 и верхний измерительный 2 электроды и теплоизолятор 3, расположенный на торцах полости между массивным нижним 1 и верхним измерительным 2 электродами, выполненной с возможностью размещения в ней исследуемого образца 4 толщиной Δx. Массивный нижний 1 и верхний измерительный 2 электроды содержат датчики преобразования текущего значения температуры в напряжение в виде хромель-копель термопар 5 и 6 (наиболее эффективны для измерения поляризационных токов в исследуемом интервале температур), связанные с датчиками, регистрирующими напряжение, в виде милливольтметров (В7-21) 7 и 8, при этом верхний измерительный электрод 2 также связан с электрометрическим вольтметром (ЭМ-1) 9, который измеряет токи поляризации и деполяризации, сигнал с которого через пользовательский интерфейс 10 передается на профессиональный компьютер (ПК) 11, а массивный нижний электрод 1 также выполнен с возможностью аккумулирования полученного от термостата (на фиг. не показан) количества теплоты.A device for creating a non-uniform temperature field and measuring polarization currents and temperature in it contains a massive lower 1 and upper measuring 2 electrodes and a heat insulator 3 located at the ends of the cavity between the massive lower 1 and upper measuring 2 electrodes, made with the possibility of placing the test sample 4 in it thickness Δx. The massive lower 1 and upper measuring 2 electrodes contain sensors for converting the current temperature value into voltage in the form of chromel-copel thermocouples 5 and 6 (the most effective for measuring polarization currents in the temperature range under study), connected to sensors that record voltage in the form of millivoltmeters (B7 -21) 7 and 8, while the upper measuring electrode 2 is also connected to an electrometric voltmeter (EM-1) 9, which measures the polarization and depolarization currents, the signal from which is transmitted through the user interface 10 to a professional computer (PC) 11, and a massive the bottom electrode 1 is also made with the possibility of accumulating the amount of heat received from the thermostat (not shown in the figure).

Устройство для создания неоднородного температурного поля и измерения токов поляризации и температуры в нем работает следующим образом.A device for creating a non-uniform temperature field and measuring the polarization currents and temperature in it works as follows.

Тепловой поток Q, попадая от термостата на массивный нижний электрод 1 (металл с коэффициентом теплопроводности λ₁ и температурой Т₁, регистрируемой хромель-копель термопарой 5, напряжение с которой передается на милливольтметр 7), достигает исследуемого образца 4 с коэффициентом теплопроводности λ₂<λ₁. Доходя до верхнего измерительного электрода 2, тепловой поток Q создает температуру Т₂ (регистрируемую хромель-копель термопарой 6, напряжение с которой передается на милливольтметр 8), которая в текущий момент времени меньше, чем температура массивного нижнего электрода 1 (Т₂ ˂ Т₁). При этом теплоизолятор 3 предохраняет устройство от рассеивания теплового потока Q. Таким образом, создается градиент температуры (Т₁ - Т₂) / Δx, и возникает внутреннее электрическое поле термического происхождения, в котором кинетические фрагменты цепи макромолекулы исследуемого образца 4 создают нескомпенсированный гетерозаряд на его поверхности в результате ориентационной поляризации. Благодаря этому эффекту может быть определена поляризованность, а ее изменение приводит к возникновению токов поляризации, для измерения которых используется электрометрический вольтметр 9, передающий сигнал на ПК 11 через пользовательский интерфейс 10.The heat flux Q, falling from the thermostat to the massive lower electrode 1 (metal with thermal conductivity coefficient λ ₁ and temperature T ₁ , recorded by Chromel-Copel thermocouple 5, the voltage from which is transmitted to millivoltmeter 7), reaches the test sample 4 with thermal conductivity coefficient λ ₂ < _λ1 . Reaching the upper measuring electrode 2, the heat flux Q creates temperature T ₂ (registered by the chromel-copel thermocouple 6, the voltage from which is transmitted to the millivoltmeter 8), which at the current time is less than the temperature of the massive lower electrode 1 (T ₂ ˂ T ₁ ). In this case, the heat insulator 3 protects the device from dissipating the heat flux Q. Thus, a temperature gradient (T ₁ - T ₂ ) / Δx is created, and an internal electric field of thermal origin arises, in which the kinetic fragments of the macromolecule chain of the test sample 4 create an uncompensated heterocharge on its surface as a result of orientational polarization. Due to this effect, the polarization can be determined, and its change leads to the appearance of polarization currents, for the measurement of which an electrometric voltmeter 9 is used, which transmits a signal to the PC 11 through the user interface 10.

Такое исполнение заявляемого устройства позволяет одновременно создавать неоднородное температурное поле и измерять токи поляризации и температуру в нем.This design of the proposed device allows you to simultaneously create a non-uniform temperature field and measure the polarization currents and temperature in it.

Claims

A device for creating a non-uniform temperature field and measuring polarization currents and temperature in it, containing sensors for converting the current temperature value into voltage, sensors that record voltage, characterized in that it additionally contains massive lower and upper measuring electrodes and a heat insulator located at the ends of the cavity between the massive lower and upper measuring electrodes, made with the possibility of placing the test sample in it, and the massive lower and upper measuring electrodes contain sensors for converting the current temperature value into voltage in the form of chromel-copel thermocouples connected to sensors that record voltage in the form of V7-21 millivoltmeters , while the upper measuring electrode is also connected to the EM-1 electrometric voltmeter, which measures the polarization and depolarization currents, the signal from which is transmitted to the PC via the user interface, and the massive lower electrode is also configured to accumulate the received amount of heat.